비침습 방식으로 '아교임파계' 활동 관찰 성공

국내 연구진이 치매를 유발하는 '아밀로이드 베타' 등 뇌 속 노폐물이 수면 중 효과적으로 배출되는지 실시간으로 확인할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 이는 퇴행성 뇌 질환 연구에 새로운 지평을 열었다는 평가다. 

분당서울대병원 신경과 윤창호 교수와 KAIST 전기·전자공학부 배현민 교수 공동 연구팀은 뇌의 노폐물 배출 시스템인 '아교임파계'의 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 비침습적 검사법을 개발했다고 23일 밝혔다. 이 연구 결과는 국제뇌혈류대사학회 공식 학술지 '뇌혈류 및 대사 저널(Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism)'에 게재되었다. 

뇌를 감싸고 있는 뇌척수액은 잠자는 동안 혈관 주위 공간을 따라 뇌 깊숙이 스며들어 노폐물을 씻어낸다. 이후 뇌수막 임파계나 경부 임파절을 통해 배출되며, 이는 뇌 신경세포를 손상시키는 독성 단백질인 아밀로이드 베타 등의 축적을 막는 핵심 과정이다. 이러한 수면 중 뇌척수액을 통한 노폐물 세척·배출 체계를 '아교임파계(Glymphatic System)'라고 부르지만, 이전까지는 치매나 파킨슨병 등 퇴행성 뇌 질환 억제와 관련된 이 체계의 기능을 실시간으로 관찰하는 데 한계가 있었다. 

연구진은 피부 절개 없이도 수면 시간 내내 아교임파계 활동을 연속적으로 측정할 수 있는 기술을 개발하기 위해 '무선 근적외선 분광기'를 활용했다. 이 장비는 이마에 부착한 상태로 작동하며, 두개골 내부로 700~1000㎚ 파장의 근적외선을 투과시킨다. 산란된 빛의 흡수율을 분석하여 뇌 내부의 수분량, 산소포화도, 혈류량 등을 산출하는 방식이다. 특히 수분에 민감한 925㎚ 파장을 중심으로 측정한 수분량 중 아교임파계 활동과 직접 연관된 수분량을 정밀 측정하는 알고리즘을 적용하여 실시간 분석에 성공했다.

건강한 성인 41명을 대상으로 이 장비의 효과를 검증한 연구에서는, 각성 상태에서 잠이 들어 깊은 수면 단계인 비렘수면까지 진행하는 동안 전두엽 수분량이 유의미하게 증가하는 양상이 확인되었다. 이는 깊은 수면 단계로 갈수록 뇌 세척 활동이 활성화됨을 보여주는 결과이며, 동물 실험에서 관찰된 아교임파계 활성 패턴과 일치한다. 노폐물을 씻어내는 정도를 나타내는 수분량은 특히 잠든 후 첫 번째 깊은 비렘수면 사이클에서 가장 많이 증가하는 것으로 확인되었다. 연구진은 수면 초반부에 뇌의 청소 활동이 활발하다는 사실이 밝혀짐에 따라, 향후 수면 치료 지침을 세우는 데도 중요한 참고 자료가 될 것으로 전망하고 있다.

윤창호 교수는 "수면 중 아교임파계 활성도를 정량적으로 평가할 수 있는 세계 최초 근적외선분광기법 기반 기술을 개발하여 수면과 뇌 건강 간의 연관성을 과학적으로 규명할 토대를 마련했다"고 말했다. 그는 "향후 치매를 비롯한 퇴행성 뇌 질환의 조기 예측과 위험군 선별은 물론, 수면 치료의 효과를 평가하고 개인 맞춤형 뇌 건강 관리 전략을 수립하는 데까지 폭넓게 활용될 수 있을 것이다"라고 강조했다.